Themengebiet

Schwerpunkt der Forschungsarbeiten ist der Entwurf und die Architektur eingebetteter Systeme. Unter einem eingebetteten System versteht man dabei ein (Mikro-) Computersystem, das in ein technisches System "eingebettet" ist, das selbst nicht als Computer erscheint. Beispiele hierfür sind die kooperierenden Mikrocomputer in heutigen Kraftfahrzeugen (einige Dutzend in Pkws der gehobenen Klasse), die sehr leistungsfähigen und dennoch sehr sparsamen Mikrocomputer in Mobiltelefonen oder die kostengünstigen Mikrocomputer in Spielekonsolen. Andere Anwendungen, etwa in der Luftfahrt, stellen hohe Anforderungen an die Ausfallsicherheit.

Aufgabenstellung

Die gemeinsame Eigenschaft der eingebetteten Systeme ist ihre fest vorgegebene Aufgabe, die durch das übergeordnete technische System bestimmt ist, also z.B. durch das Kraftfahrzeug. Ganz im Gegensatz zum PC, der sehr unterschiedliche und immer neue Programme ausführen und damit frei programmierbar bleiben soll, darf man ein eingebettetes System auf die Aufgabe spezialisieren. Bei dieser Spezialisierung wird nicht nur die Software und, wenn vorhanden, das Betriebssystem an die Aufgabe angepasst, sondern auch die Hardware, also die Mikrocomputer und die weiteren elektronischen Komponenten eines Systems. Daraus ergeben sich entscheidende Vorteile, die viele Produkte erst möglich machen. Ein Mobiltelefon etwa enthält typisch mehrere Prozessoren, die jeweils auf eine bestimmte Aufgabe abgestimmt sind, wie ein Signalprozessor für den Funkkanal und ein Steuerprozessor für die Bedienung und den Verbindungsaufbau sowie zusätzlich noch spezialisierte Hardware für Teilfunktionen mit sehr hohen Anforderungen etwa im Sender-/Empfangsteil. Die aus dieser "Kooperation" entstehende Leistung ist notwendig weit höher als die eines heutigen PC-Prozessors, dennoch verbraucht das System weniger Leistung, ist leichter und billiger herzustellen. Nur dadurch wurde das Produkt wirtschaftlich und funktionell überhaupt attraktiv.

Forschungstrends

Architektur (A)
Ein wichtiger Trend ist die Verlagerung des Interesses von kompakten Einzelprozessoren, die mit Speicher und Peripherie auf einer integrierten Schaltung integriert werden (Systems-on-Chip, SoC) hin zu Multi-core- und, vernetzten verteilten Systemen. In beiden Fällen rückt die Kommunikation zwischen den einzelnen Prozessoren gegenüber dem Prozessor selbst in den Vordergrund („Communication Centric Systems“). Multi-Core-Systeme, die in den letzten Jahren Einzug in den Desktop- und Serverbereich gehalten haben, sind schon seit vielen Jahren in eingebetteten Systemen zu finden, als Erweiterung der SoCs (Multiprocessor-Systems-on-Chip, MpSoC). Während zunächst die heterogen strukturierten MpSoC, bei denen einzelne Prozessoren auf Teilaufgaben eines eingebetteten Systems spezialisiert werden, kommen nun homogene Multiprozessoren hinzu, bei denen eine Menge von Aufgaben über ein gleichförmiges Feld von Prozessoren flexibel verteilt wird. Ein weiterer Trend ist der Einsatz von rekonfigurierbaren Schaltungen, deren Hardwarefunktion programmiert werden kann. Damit können Teile der Hardware auf eine Aufgabe spezialisiert werden, ohne eine neue Hardware herzustellen. Dadurch entstehen zusätzliche Freiheiten im Entwurf.

Entwurf (E)
Die neuen Multi-Core-Architekturen und ihre Vernetzung prägen auch den Entwurfsprozess eingebetteter Systeme. Hier hat die Arbeitsgruppe einen Schwerpunkt in den Bereich der Analyse und Optimierung derartiger Systeme hinsichtlich Zeitverhalten, Rechenleistung, Zuverlässigkeit und Verlustleistung gelegt. Die Vorhersagbarkeit der Entwurfsergebnisse ist dabei ein wichtiges Ziel, um entstehende Risiken beherrschen zu können. Eingebettete Systeme sind dabei nicht mehr durch statische Aufgaben gekennzeichnet, sondern erfordern zunehmend Anpassungen an neue Aufgaben, die über Softwareupdates oder Veränderung von Hardware- oder Netzwerkkonfigurationen ermöglicht werden. Adaptive und dynamische Systeme bilden daher einen zweiten Schwerpunkt im Entwurf.

Projekte